极化敏感阵列信号处理
极化敏感阵列滤波性能分析_完全极化情形_徐振海
图 1 极化敏感阵列 图 2 极化域空域自适应
结构示意图
信号处理原理框图
3 信号接收模型
3.1 信号极化域-空域联合表征
kTl , 在本文中 , 第 n 个阵元 相对坐 标原点 的相位滞 后为 : =
-2π(n
-1)d λ
sin
θ,
定义
空间
相移因
子为
:q
=ej2πλd sin
θ,
则单
个
信号源情况下 , N 个阵元接收的信号矢 量为 :
s(t)= sp(t)T qsp(t)T … qN -1 sp(t)T T = Nss sq·a(t)
XU Zhen-hai , WANG Xue-song , XIAO Shun-ping , ZHUANG Zhao-wen
(School of Electronic Science and Engineering , National University of Defense Technology , Changsha , Hunan 410073 , China)
(2)传播介质 假设 :假 设传 播 介质 为各 向 同性 、均 匀 、无 耗 、非色散和线性 .
(3)阵元假 设 :假设 各阵元 为相同 阵元且 位置精 确 , 极化 特性一致 , 阵元间无耦 合 , 且 阵元信 道幅相 一致 , 这保证 阵元 和信道无任何误差 .
(4)短阵子假设 :假设每个偶极子的长度远小 于最高工作 频率所对应 的半波长长度 , 这样 每个阵 子接收 电压与 该方向 电场成正比[ 3] , 同时可以满足宽频带工作需要 .
极化敏感阵列_天线的极化
极化敏感阵列的定义及结构
▪空间电磁信号是矢量信号，是六维复矢量， 如果传感器阵列能够获得电磁矢量的全部或者 部分（至少高于一维），则称为极化敏感阵列
极化敏感阵列的性能优势
❶较强的抗干扰能力 ❷稳健的检测能力 ❸较高的分辨能力 ❹极化多址能力
电磁波的极化及其表征
• 设单色T瞬时值EM波沿+z方向传播，则有： 瞬时值
▪根据不同坐标基下坐标矢量之间可得到电场 矢量在直角坐标中的坐标矢量为：
▪根据电场磁场以及坡印廷矢量间的关系有：
▪磁场矢量在直角坐标系中的坐标矢量为： ▪因此电场磁场在直角坐标系中的坐标矢量为：
知识回顾 Knowledge Review
电磁波的极化及其几何表征
• 电磁波的极化信息主要取决于等相位面上 的两个正交方向的幅度比和相位差 旋转矩阵
椭圆率矢量
电磁波的极化及其相位表征
• 相位描述子，复电场矢量可表述为： • Y方向电场幅度与X方向幅度之比 • Y 方向电场和X方向电场的相位差
空间电磁信号极化域-空域联合表征
电磁波的极化及其相位表征
天线的极化及极化敏感阵列介绍
郭远明
天线的极化
电偶极子天线
E面
H面
E面
H面
天线的极化
电磁波的传播方式
麦克思维方程组
天线的极化
▪ 定义：该天线在给定空间方向上远区无线电波的极化，通常指其最 大辐射方向上波的极化。
水平极化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电场方向
种类
垂直极化 线极化
电场终端轨迹
圆极化
左旋椭圆极化
椭圆极化
右旋椭圆极化 天线极化与来波方向一致称作极化匹配，否则为极化失配，设角度 为ɑ，则失配因子为cos(ɑ)
基于极化敏感传感器阵列的扩展信号参数估计算法
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｉ ｈ ｓｐａ ｅ ，ｗｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ａ ｎ ｗ ｌ ｏ ｔ ｍ ｔ ｏ ｒｃ ｍｐ ｅ ｉｙｆ ｒｅ ｔｍａｉ ｇ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ｌｉ ｌ ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ｒ ｐ ｓ ｅ ａｇ ｒ ｈ ｗｉｈ ｌｗｅ ｏ ｌｘ ｔ ｏ ｓｉ ｔ ｈ ａ ａ ｔ ｒ ｆｍｕ ｔｐ ｅ ｉ ｎ
第３ １卷 第 ６期 ２１ ０ ０年 ６月
仪 器 仪 表 学 报
Ｃ ｉｅ ｅ Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｃ ｅ ｔ ｉ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＳ ｉｎ ｉ ｃ Ｉ ｓｒ ｆ ｕ ｎ
Ｖｏ ． Ｎｏ ６ １ ３１ ．
Ｊｎ ００ ｕ ．２ １
基 于极 化敏 感传 感 器 阵 列的 扩展 信 号参 数 估 计算 法 米
中 图分 类 号 准 学 科 分 类 代 码 ： １．０ ０ ５ ０ ４ ２
ＤｏＡ ｓｉ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｒ ｔ ｍ ｆｓ ａ ｔ ｒ ｄ ｓ ｕ ｃ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｔｍ ｔｏ ｌ ｏ ｉｈ ｏ ｃ ｔ ｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ａ ｅ ｎ ｐｏ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｅ ｓｔｖ ｅ ｏ ｒ ａ ｌ ｒ ｚ ｔｏ ｓ ｎ ｉｉ ｅ ｓ ｎ ｒ ａ ｒ ｙ ｓ
Ｔ ｏＪ ｎ 一，Ｔ ａ ｎａ ｕ ｅ ａ ｕ ｉｎ Ｙａ ｔｏ ，Ｃ ｉＷ ｉ ，Ｙａ ｇ ｍａ 。 ｎ ｏ
（ ｏｅｅｏ ｏ ｕ ｉ ｔｎＥ ｇｎｅｎ ， ｉｎＵ ｉ ｒｔ， ｈｎ ｃｕ ３ ０ ２ Ｃ ｉａ ＪＣ ｌｇ ｌ ｆＣｍｍ ｎｃ ｉ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｊｌ ｎ ｅ ｉ Ｃ ａｇｈ ｎ１ ０２ ， ｈｎ ； ａｏ ｅｉ ｉ ｖ ｓｙ
极化敏感阵列多参数联合估计的开题报告
极化敏感阵列多参数联合估计的开题报告引言：随着功率电子技术的飞速发展，以及通信、雷达等领域对于微波信号的需求不断增加，极化敏感阵列的应用越来越广泛。
极化敏感阵列可以同时接收两个正交的极化信号，从而获取更多的信息，提高信号的可靠性和准确性。
由于极化敏感阵列系统不仅需要采集极化敏感信号，还需要对信号进行联合估计，以便获取更多的信息。
因此，实现极化敏感阵列多参数联合估计成为了一个重要的研究方向。
研究内容：本文以极化敏感阵列多参数联合估计为研究对象，通过对功率电子与通信、雷达等领域的需求进行分析，明确了研究的方向和意义。
本文将采用信号处理、数学建模和计算机仿真等方法，分析极化敏感阵列的特点和原理，设计适合的算法模型进行模拟，并在MATLAB等软件平台上进行仿真实验，对算法模型的性能和精度进行评估和比较。
研究目标：本文的研究目标是设计一种高效精确的极化敏感阵列多参数联合估计算法模型，并在仿真实验中验证其可行性和优越性，为实际应用提供参考。
研究意义：研究极化敏感阵列多参数联合估计算法模型，对于提高极化敏感阵列信号处理的精度和速度，以及推动功率电子、通信、雷达等领域的发展具有重要的意义。
同时，本文研究结果还可为其他领域相关技术的研究提供参考和借鉴。
研究方法：本文将采用以下研究方法：（1）文献调研：通过查阅相关论文、专著和技术资料，了解极化敏感阵列的基本原理、设计参数和常用算法模型等；（2）算法建模：根据文献调研和问题需求，设计适合的算法模型进行模拟，并进行算法优化；（3）仿真实验：将算法模型应用于MATLAB等软件平台上，进行数据仿真实验，评估算法模型的性能和精度，比较不同算法的优劣；（4）数据分析：对仿真实验中获取的数据进行处理和分析，总结算法模型的优缺点，并提出改进意见。
预期成果：通过本文的研究，预计可以得到以下成果：（1）分析极化敏感阵列的特点和原理，了解极化敏感阵列多参数联合估计的研究现状和存在的问题；（2）设计一种高效精准的极化敏感阵列多参数联合估计算法模型，实现信号处理的自动化和高速化；（3）在仿真实验中验证算法模型在多参数估计中的可行性和优越性，并进行性能评估和算法比较；（4）总结算法模型的优缺点，并提出改进意见，为相关领域的应用提供参考。
阵列信号处理原理、方法与新
阵列信号处理原理、方法与新
阵列信号处理是一种利用多个传感器（如麦克风、天线等）获取信号，通过信号处理
算法将其合成为一个复合信号，并在此基础上分离、定位、去除、增强等操作的新型信号
处理技术。
在目前的通信、雷达、声学、医学等领域都有广泛应用。
阵列信号处理的基本原理是通过获取多个传感器采样的信号，根据它们的相对位置和
接收到信号的时间差异，构建一个信号阵列，然后通过信号合成的方法将这些信号合成为
一个复合信号。
根据复合信号的特征，进行后续的信号处理。
阵列信号处理的主要方法包括波束形成、空间滤波、方向估计等。
波束形成的主要目
的是聚焦探测器的接收能力，使其在目标方向上获得更高的灵敏度。
空间滤波的主要目的
是通过利用阵列传感器之间的相对位置和互相之间的传感器响应差异，对信号进行滤波，
达到抑制噪声、增强信号等效果。
方向估计则是通过对信号在阵列中传播的速度和波束方
向的监测，对信号的方向进行估计。
阵列信号处理技术的应用十分广泛，其中最为常见的应用领域是通信、雷达和声学等。
在通信中，利用阵列信号处理技术进行信号增强和去除干扰，并根据信号的传播速度和方
向进行信号定位和跟踪。
在雷达中，利用阵列信号处理技术对雷达信号进行波束形成和目
标方向估计，提高雷达的探测效率和目标定位精度。
在声学中，利用阵列信号处理技术进
行声波信号的定位、分离和降噪等操作，提高语音识别和音频娱乐的质量。
总之，阵列信号处理技术是一种高效、可靠的信号处理方法，可以广泛应用于各个领域，有着十分重要的实际应用价值。
阵列信号处理全.ppt
▪平面阵
图1.5
▪立体阵
图1.6
b. 参数化数据模型
假设N元阵分布于二维平面上，阵 元位置为：
rl xl , yl ,l 1,2, , N
一平面波与阵面共面，传播方向矢
量为： 1 cos ,sin T
c
y
r
x 图1.7：二维阵列
几何结构
阵元
l 接收信号为：xl
t s rl,t
滤波：增强信噪比 获取信号特征：信号源数目 传输方向（定位）及波形 分辨多个信号源
定义：
➢传感器——能感应空间传播信号并且能以某 种形式传输的功能装置
➢传感器阵列(sensors array)——由一组传感 器分布于空间不同的位置构成
由于空间传播波携带信号是空间位置和时
间的四维函数，所以：
连续：面天线
波动方程的任意解可以分解为无穷多个“单频”
解的迭加（传播方向和频率分量均任意）。
波动方程的单频解可以写成单变量的函数：
sr,t Aexp[ j(t kT r) Aexp[ j t T r ]
式中 k ，其大小等于传播速度的倒数，其方向与 传播方向相同，常称为慢速矢量(slowness vector)。
2. G.Strang,"Linear Algerbra and Its Applications", Academic Press,New York ,1976.(有中译本， 侯自新译，南开大学出版社，1990)
§2.1线性空间和希尔伯特空间
一、符号及定义
1. 符号
以后我们常用字母加低杆表示矢量和矩阵，
实际阵列
空间采样方式 虚拟阵列（合成阵列如SAR）
空时采样示意图如下：
基于极化敏感阵列均匀线阵的二维DOA估计
处理的一个前沿领域和最新发展，在通信、雷达、 声呐和生物医学等众多领域有着广阔的应用前景。
极化敏感阵列天线被称为电磁矢量传感器，矢 量传感器由中心位置重合的3个电偶极子和3个电流 环组成，分别测量入射电磁场的3个电场矢量和3个 磁场矢量，这种可以获取入射电磁波全部信息的传 感器被称为全电磁矢量传感器[2]，全电磁矢量传感 器主要应用于通信领域，例如美国Flame and Russell, Inc公司生产的SuperCART天线。但是这 种天线阵元互耦效应明显且制作成本高。若去除全 电磁矢量传感器中的某些电磁感应单元，则可以得
摘 要：针对残缺电磁矢量传感器的极化敏感阵列多参数联合估计问题，该文提出一种基于正交偶极子的均匀线
阵的2维波达方向(Direction-Of-Arrival, DOA)估计算法。首先，对极化敏感阵列的接收数据矢量的协方差矩阵进
行特征分解，然后将信号子空间划分成4个子阵，根据旋转不变子空间(ESPRIT)算法分别求出其中1个子阵与其
第 41卷 第 1 0 期 2019年10月
电子与信息学报 Journal of Electronics & Information Technology
Vol. 41No. 10 Oct. 2019
基于极化敏感阵列均匀线阵的二维DOA估计
刘鲁涛* 王传宇
(哈尔滨工程大学信息与通信工程学院 哈尔滨 150001)
LIU Lutao WANቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ Chuanyu
(College of Information and Communication Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)
极化敏感阵列
汪洋1.1电磁波的极化极化是各种矢量波共有的一种性质，即可以用一个矢量描述空间某一点观测到的矢量波随时间变化的特点。
在．．．．．任意一点电场矢量端点随时间变化在1）、如果电场矢量端点的变化轨迹是直线，则称为线性极化；2）、如果变化的轨迹是圆，则称为圆极化。
由于电磁波的极化，更常见的变化轨迹是椭圆极化，线极化和圆极化仅是其中的特例。
依据时间固定规律变化的电磁波；随机变化的电磁波，显然完全极化波是部分极化波的特例。
为了简化讨论，本论文所考虑的信号均为完全极化电磁波信号。
1.2 极化阵列模型在建立极化阵列的接收模型之前，不失一般性作如下假设：1、入射信号源为点源且都为窄带远场信号；23已知，不存在位置误差；4、组成阵元的各天线特性一致，并且所有阵元不存在指向性误差；5、阵元各通道的幅度和相位特性一致，而且阵元之间不存在互耦；6、各阵元所产生的噪声为等功率加性高斯白噪声，噪声与信号之间、以及噪声之间是相互独立的；7、对所有阵元以及阵元的各通道的采样是同步的，并且采样满足Nyquist准则；8、入射到阵列的的。
实际应用中信源数目未知时，可以应用基于信息论准则的信号源数目估计方法得到。
电磁矢量传感器与数学模型可以看出电场E和磁场B是相互联系的，但在信号的到达方向k未知的情况下，不能由电场矢量得到磁场矢量，同样也不能由磁场矢量得到电场矢量。
在DOA和极化参数估计中，由于波达方向一般未知，要完全表征电磁波信号就需要测量它的三个电场分量和三个磁场分量，于是出现了能同时测量电场和磁场的电磁矢量传感器。
电磁矢量传感器概念最先由Nehorai和Paldi在信号处理领域提出。
电磁矢量传感器是由三个正交的电偶极子和三个正交的磁偶极子同心共点配置而成，其中三个电偶极子分别平行于三个坐标轴，三个磁偶极子的法线分别平行于三个坐标轴，其结构如图所示。
由于三个电偶极子和三个磁偶极子具有不同的极化特性，所以能分别感应入射电磁波信号的三个电场分量和相应的三个磁场分量。
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极化敏感阵列信号处理
极化敏感阵列信号处理是一种利用阵列信号处理技术对极化敏感信号进行处理的方法。
极化敏感阵列信号处理可以应用于多个领域，如无线通信、雷达、声呐等。
在极化敏感阵列信号处理中，阵列信号处理技术被用来对极化敏感信号进行接收和处理。
阵列信号处理技术可以有效地抑制干扰、提高信噪比、增强目标信号等。
而极化敏感阵列则是一种特殊的阵列，它能够感知信号的极化状态，从而对信号进行更精确的处理。
在极化敏感阵列信号处理中，通常需要使用极化敏感天线来接收信号。
极化敏感天线可以感知信号的极化状态，从而将不同极化的信号区分开来。
然后，通过阵列信号处理技术对接收到的信号进行处理，可以提取出有用的信息，如目标的位置、速度等。
此外，极化敏感阵列信号处理还可以应用于多个领域，如无线通信中的多模态信号处理、雷达中的多目标跟踪、声呐中的水下目标检测等。
在这些应用中，极化敏感阵列信号处理可以有效地提高信号的接收和处理能力，从而提高系统的性能和可靠性。
总之，极化敏感阵列信号处理是一种利用阵列信号处理技术对极化敏感信号进行处理的方法，可以应用于多个领域，提高系统的性能和可靠性。